OpenGL多线程编程在网络游戏中的设计与实现_胥友.pdf

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1、科技情报开发与经济SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT ECONOMY2009 年第 19 卷第 12 期函数名WSAStartupsocketsendtorecvfrombindclosesocketwascleanup功 能初始化进程对 Ws2_32.dll 的使用创建一个指定的形式 socket发送数据到指定目标接受数据包并保存源地址绑定 socket 到端口关闭一个现有的 socket结束对 WS2_32.d11 的使用1OpenGL 概述OpenGL，是一个性能优越的图形应用程序设计（API）接口，它以高性能的交互式三维图形建模能力和易于编程开发，已经成为

2、一种三维图形开发标准，是从事三维图形开发工作的必要工具。在 OpenGL 应用程序中可以使用多个线程，每个进行OpenGL 调用的线程都必须有且只有一个自己的当前着色环境。对于多线程应用程序，必须采取措施确保一个线程的输出不影响另一个线程的输出。2基于 UPD 协议的网络编程UDP（User Datagram Protocol）是一个无连接的网络协议，它不要求很高的可靠性，所以它的数据传输速度快得多。本系统在设计通信方式的时候，考虑到了可靠性因素，采取了相应的措施，起到了避免可能丢掉数据封包所带来的影响。VC进行网络编程需要在工程中添加相应的函数库WS232.lib，使用函数 WSAStart

3、up（）启用 socket，在设置好 IP 及端口然后就可以使用 sendto（）和 recvfrom（）发送和接收数据了，通信结束后使用 closesocket（）来关闭 socket。UDP 主要涉及的函数及其功能见表 1。UDP 实现过程见图 1。bind 函数是一个可选过程，作为服务器需要它将 socket 与端口关联。3OpenGL 多线程编程在网络游戏中的实现网络游戏一般都是多线程的，网络游戏都要发送和接受远程数据，在接收数据时接受线程被阻塞，为了游戏能继续运行因此用到多线程。OpenGL 以其优越的性能和其跨平台的特性在游戏开发中具有重要的地位。下面将以一个网络游戏，也就是概要中

4、提到的网络双人对战俄罗斯方块来说明 OpenGL 多线程编程以及 UDP 网络编程在网络游戏应用。31系统功能网络双人对战俄罗斯方块的设计要求在经典游戏俄罗斯方块的基础上增加网络对战功能。对战体现在玩家在各自计算机上看到对手状况，并且如果一方得分会给对手增加难度，即给对手添加一行“垃圾”，所谓增添“垃圾”即是让对手屏幕上的所有方块上升一行，再给最下面一行随即生成一行方块。因此我们的网络俄罗斯方块用户界面上有两个俄罗斯方块区域，一个区域显示本机玩家的俄罗斯方块，另一个区域显示对手情况。32系统结构设计网络双人对战俄罗斯方块需要实时的显示对手情况，因此一方数据变更时必需发送信息给对方。如果两个玩家

5、的程序直接通信，那么必须需玩家自己设置对方 IP 地址和端口。这样会增加了使用的复杂性。因此本系统采用了一个服务器程序来解决这个问题。服务器的工作过程是客户程序先与服务器取得联系后，由服务器记录两个客户地址并编号（例如 0 号和 1 号），编号完成以后服务器向两个地址发送游戏开始的消息。双方接受到服务器的消息后启动游戏。游戏开始后服务器便开始客户端程序间的消息转发，服务器在接收到一条消息以后将源地址与记录的两个地址比较，如果是 0 号地址，就将该消息发送到 1 号地址。如果是 1 号地址就将消息发送到 0 号地址。按照前面的描述，本文介绍的网络双人对战俄罗斯方块是由两个应用程序构成，即客户端程

6、序和服务器程序。服务器程序和客户端程序通过 UDP 协议进行通信。服务器程序完成客户程序间消息的转发（见图 2）。当然也可以将服务器程序设计成一个UDP 打洞服务器，由服务器建立通信通道后客户程序之间直接通信，也可以达到同样的效果。33系统实现本文介绍网络双人对战俄罗斯方块的实现过程是一个自下而上的逐步扩展的过程。首先设计一个传统的俄罗斯方块程序，在此基础上设计单机的双人对战俄罗斯方块程序，然后是网络双人对战俄罗斯方块。文章编号：10056033（2009）120104-03收稿日期：20090301OpenGL 多线程编程在网络游戏中的设计与实现*本文为黄冈师范学院院基金项目（项目编号：07

7、CA0850）的论文。胥友，肖飞（黄冈师范学院，湖北黄冈，438000）摘要：以一个网络游戏为例介绍了 OpenGL 多线程编程，阐述了 VC中使用 Socket进行 UDP 网络编程的方法。关键词：OpenGL；多线程；UDP中图分类号：TP317.4文献标识码：A表 1基于 UDP 协议编程的主要函数及功能?WSAStartupWSAClearupsocketbindrecvfromsendtoclosesocket图 1基于 UDP 协议编程的流程图 客户端程序（player1）服务器程序（Server）客户端程序（player2）图 2服务器程序与客户端程序的关系104系统实现采用面向

8、对象的设计方法，客户端程序主要由三类构成，分别是俄罗斯方块类 fk、OpenGL 应用程序类GameApp 以及网络俄罗斯方块类 netfk，见图 3。3.3.1俄罗斯方块类 fk俄罗斯方块类实现了经典俄罗斯方块游戏，init（）方法完成方块界面的初始化，move（）方法用来控制俄罗斯方块的移动和变形，方块落到底时调用 change（）方法将完成消去方块记分等一系列任务并产生新的方块。makerubbish（）是产生“垃圾”的方法。3.3.2OpenGL 应用程序类 GameAppOpenGL 应用程序类的作用是创建一个指定规格的窗口，并初始化 OpenGL，同封装了窗口的消息循环。3.3.3

9、网络双人对战俄罗斯方块类 netfk网络双人对战俄罗斯方块类是本系统的核心，实际上一个客户端程序就是一个 OpenGL 应用程序类和一个网络双人对战俄罗斯方块类的实例。网络双人对战俄罗斯方块类包含两个俄罗斯方块类的对象作为其成员，一个由本地玩家控制，另外一个显示对手情况。网络双人对战俄罗斯方块类主要有以下方法和成员：时钟响应 Timer（）、键盘响应 move（）、接受远程消息线程lisenThread（）、远程消息响应 message（）、本地俄罗斯方块对象hostfk、远程俄罗斯方块对象 remotefk。网络双人对战俄罗斯方块类的 timer（）方法是响应时钟消息的方法，完成方块的定时下

10、落。move（）方法是在接受到键盘消息后控制方块移动和旋转以及下落，同时还要在移动后发送消息给对方。lisenThread（）是网络双人对战俄罗斯方块的侦听线程，在网络双人对战俄罗斯方块构造时该线程被创建，完成连接服务器和接受对方消息的作用。message（）方法是在接收到对方消息后刷新远程俄罗斯方块对象的数据。由于网络俄罗斯方块增加了网络功能，需要访问俄罗斯方块对象的内部数据，所以它是俄罗斯方块类的友员。由于服务器程序只负责转发消息，而主要任务都由客户端完成。因此客户端程序在系统设计中占有更大比重。因此构成客户端程序系统的三个类也是本系统的主要组成部分。服务器设计需要的网络编程技术在客户程序

11、的通信模块中也有应用，因此本文只对客户端程序做介绍，对于服务器就不再赘述了。一个游戏程序运行的时候创建一个网络俄罗斯方块对象netfk 和一个 OpenGL 应用程序类对象 GameApp，网络俄罗斯方块对象构造时创建一个侦听线程 LisenThread（），在两个玩家的LisenThread（）都与服务器建立联系后服务器会发送开始游戏的消息。LisenThread（）在接收到开始游戏的消息后调用 netfk 的StartGame（）方法开始游戏，游戏开始后 GameApp 在接收到键盘消息或时钟消息后调用 netfk 的本地俄罗斯方块成员的 move（）方法来移动本地方块并向服务器发送移动位

12、置的消息。LisenThread（）在收到服务起转发来的对方的消息后调用message（）方法来刷新远程玩家的屏幕区，见图 4。3.4关键技术网络双人对战俄罗斯方块类是本系统的核心，而网络双人对 战 俄 罗 斯 方 块 类 的 核 心 是 lisenThread（）方 法，因 为lisenThread（）是网络双人对战俄罗斯方块的网络侦听线程，涉及计 UDP 网络编程和 OpenGL 线程。本地玩家屏幕去在主线程绘制，远程玩家屏幕则由 lisenThread（）调用网络双人对战俄罗斯方块的 message（）方法绘制。下面是 lisenThread（）的核心代码部分：if（!InitWinso

13、ck（）/初始化 winsockMessageBox（NULL，“winsock error!”，“Socket Error”，MBOK）；return 0；/初始化失败则线程终止len sizeof（server）；/获得服务器地址描述结构体大小server.sinfamilyAFINET；/必须为 AFINETserver.sinporthtons（5050）；/设置端口号server.sinaddr.saddrinetaddr（“211.69.157.*”）；/设置服务器 IPsocket1socket（AFINET，SOCKDGRAM，0）；/创建 UDPSocketwhile（!gh

14、wnd）Sleep（100）；/等待主线程创建窗口hdc GetDC（ghwnd）；/获得窗口 DChrc wglCreateContext（hdc）；/创建窗口 DC 的 OpenGL着色描述表wglMakeCurrent（hdc，hrc）;/设置 OpenGL 着色描述表为本线程当前描述表4结语本文介绍了 OpenGL 多线程和 UDP 网络编程的基本知识。多数情况下，为了避免复杂性，游戏程序编写过程中最好避免使用多线程，但某些情况又是必须的，如网络游戏响应来自Socket 上的异步事件。在多线程应用程序中使用 OpenGL 时，也可采用一个线程专门负责绘图，其他线程与这个线程通信的方式来

15、实现。参考文献1 霍金.OpenGL 游戏程序设计 M.北京:科学出版社，2006.2 Edward Angel.OpenGL 程序设计指南 M.2 版.北京:清华大学出版社，2005.（本文其他参考文献因著录项目不全被删除）（责任编辑：张红）第一作者简介：胥友，1985 年 9 月生，现为黄冈师范学院软件工程专业 2006 级本科生，湖北省黄冈市黄冈师范学院软件工程专业 0601 班，438000.host_fk:fkremote_fk:fktimer()message()move()net_fkinit()move()change()fkrun()GameApp图 3客户端程序主要对象图

16、lisenTreadremote_fkhost_fkGameApplisenTreadremote_fkhost_fkGameAppfk.exefk.exenet_fknet_fkServer.exe图 4系统内部通信图胥友，肖飞OpenGL 多线程编程在网络游戏中的设计与实现本刊 E-mail:bjbsxinfonet信息工作研究105!科技情报开发与经济SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT ECONOMY2009 年第 19 卷第 12 期Design and Implementation of OpenGL MultithreadingProgramming

17、in the Network GameXU You，XIAO FeiABSTRACT:Taking a network game as the example，this paper introduces the OpenGL multithreading programming，and expounds the method for UDP network programming by using Socket in VC.KEY WORDS:OpenGL;multithreading programming;UDP三维激光扫描是一种能够以高采样率快速获取待测物表面各采样点空间位置的测量技术。

18、经过30多年的发展，该技术已广泛应用于古建筑测量和文物保护、城市三维模型的建立、地质工程和测量等领域，尤其在变形监测方面，有着不可比拟的优势。传统的监测手段，如全站仪和 GPS 等，由于设备布设密度的限制只能获取较少形变数据，无法满足需求；而三维激光扫描技术则弥补了这一缺陷。目前，国内外学者相继对地面激光扫描系统（TerrestrialLaserScanningSystem，TLSS）进行了研究和大量试验。罗德安等分析了三维激光扫描技术在变形监测领域内应用的可行性、技术优势和存在的问题1，但未做出实际应用。而 Gethin ROBERTS 和 MatthewBADDLEY 则使用徕卡 HDS3

19、000 三维激光扫描仪进行建筑物变形监测的实验，得出在 3 m53 m 的距离范围内使用该型号三维扫描仪和全站仪观测混凝土梁变形量的精度相一致的结论2。矿山地表构筑物的稳定是矿产安全高效开采的保障。然而由于地下开采和设备材料老化的原因往往导致构筑物的局部变形和不均匀沉降，从而对矿区生产和人员安全造成隐患，有必要对其进行监测。而采用全站仪和GPS 技术无法获取局部变形细节，并且设备安装难度较大。本文通过分析矿区构筑物监测的特点设计了三维激光扫描仪、全站仪和 GPS 技术相结合的作业方式，并选用加拿大 Optech 公司的 ILRIS36D 地面三维激光扫描仪进行了实地测试。1矿区构筑物变形监测技

20、术方案矿区变形尤其是露天矿区具有范围大、情况复杂等特点，加上三维扫描仪的测程限制，监测基准点很难布设于变形区域外，因此，每次作业需重新观测其当前坐标。此外，考虑到扫描仪的校准精度，基准点最好均匀分布于监测区域，但是由于矿区构筑物（如栈桥、支架等）较高，设备不便安装且容易造成信号阻隔，不适合使用 GPS 技术。综上所述，要将三维扫描仪应用于矿区构筑物变形监测，必须解决的主要问题是监测基准点的坐标量测。针对矿区构筑物变形监测的方案设计见图 1，主要采用 GPS、全站仪和三维扫描仪协同作业的方式。由 GPS 获取全站仪测站点和后视点的三维坐标，再由全站仪对均匀分布于监测区域的基准点进行观测获取坐标，

21、最后使用三维扫描仪获取构筑物的点云数据。至于数据处理分析，主要采用全站仪和GPS 联合观测获取基准点的大地坐标，然后通过 3 个基准点将扫描的点云数据转换到大地坐标系下，分析多期观测数据可以得到该支撑结构是否发生沉降和倾斜，同时能提取变形的面信息。文章编号：10056033（2009）120106-03收稿日期：20090320地面激光扫描系统在矿区构筑物变形监测中的应用研究陈永剑，张锦（太原理工大学测绘科学技术系，山西太原，030024）摘要：阐述了三维激光扫描技术的优势和发展现状，通过分析矿区构筑物变形监测的特点，提出三维激光扫描仪、全站仪和 GPS 协同作业的监测方案，并具体介绍了三维数据的处理过程。以矿区栈道的支撑结构为待测目标，对监测方案的可行性进行了测试。分析得出三维激光扫描仪在近距离和高分辨率扫描观测上有一定的优势，可用于矿区构筑物变形监测。关键词：变形监测；三维激光扫描；构筑物中图分类号：TD173文献标识码：A扫描仪扫描点云数据点云数据的预处理点云拼接GPS 静态观测其准点坐标全站仪无棱镜观测标靶中心坐标解算软件标靶中心大地坐标点云数据坐标转换第 1 期分析处理沉降计算成果倾斜计算成果图 1构筑物变形监测方案106